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【Java并发002】使用层面：线程同步与线程通信全解析

【Java并发002】使用层面：线程同步与线程通信全解析

作者: 毛毛的学习笔记 | 来源:发表于2020-11-01 14:21 被阅读0次

    一、前言

    本文介绍Java多线程技术，分为五个部分：
    多线程的两种实现方式——继承Thread类和实现Runnable接口；
    线程同步应用：三人吃苹果；
    线程同步+线程通信应用之一：生产者-消费者问题；
    线程同步+线程通信应用之二：打蜡抛光问题；
    线程同步+线程通信之用之三：哲学家就餐问题。

    二、初识多线程

    上小学的时候，语文老师让我们用"一边......,一边......"造句，比如“小明一边吃饭，一边看电视”、“妈妈一边做饭，一边和我闲谈”。那么Java程序中是否可以实现“程序一边xxx一边xxx”呢？答案是肯定，这就是Java的多线程技术

    2.1 引子：小明一边玩游戏一边听音乐

    实现多线程有两种常见的方式，
    1、继承线程类（extends Thread）:某类继承线程类之后，该类成为线程类，拥有独立的线程空间并可以执行;
    2、实现Runnable接口（implements Runnable）:某类实现Runnable接口后，可以实现多线程，注意它不是多线程类，只是具有多线程方法。但是可以满足我们目前的需求就够了。
    值得注意的是，Java的main函数作为程序的入口，本身就是一个Main线程，我们可以将该线程作为一个游戏线程，然后只需要新建一个MusicThread类就够了。
    代码：

    package mypackage;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new MusicThread().start();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class MusicThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Listening Music  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

    输出：

    Playing ComputerGame  0
Listening Music  0
Playing ComputerGame  1
Listening Music  1
Playing ComputerGame  2
Listening Music  2

    注意：Thread.Sleep(1000) 睡眠一秒钟是为了让多线程交替执行的效果在控制台打印出来，如果没有这句，可能出现某个线程执行完后另一个线程才开始执行，无法给读者展示多线程"一边xxx一边xxx"的效果。

    2.2 实现多线程的两种方式

    2.2.1 继承Thread类：扩展——小明一边玩游戏一边听音乐，还一边用QQ和小强聊天

    如果要再扩展一个线程也很简单，来看代码。
    代码：

    package mypackage1;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new MusicThread().start();
        new QQThread().start();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class MusicThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Listening Music  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class QQThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Chating in QQ  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

    输出：

    Listening Music  0
Playing ComputerGame  0
Chating in QQ  0
Listening Music  1
Playing ComputerGame  1
Chating in QQ  1
Listening Music  2
Playing ComputerGame  2
Chating in QQ  2

    相对上面，扩展了QQThread，用于qq聊天，可以看到，要新增一个新的线程类也是很容易的。

    2.2.2 实现Runnable接口

    代码：

    package mypackage2;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MusicRunnableImpl()).start();
        new Thread(new QQRunnableImpl()).start();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class MusicRunnableImpl implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Listening Music  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class QQRunnableImpl implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Chating in QQ  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

    输出：

    Playing ComputerGame  0
Chating in QQ  0
Listening Music  0
Listening Music  1
Playing ComputerGame  1
Chating in QQ  1
Listening Music  2
Chating in QQ  2
Playing ComputerGame  2

    这里通过实现Runnable接口，实现多线程，是实现多线程的另一种常见方式。

    2.3 实现多线程的两种方式（匿名方式）

    2.3.1 继承Thread类（匿名内部类）

    代码——匿名方式的Thread类：

    package package3;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println("Listening Music  " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();
        new Thread(){
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println("Chating in QQ  " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

    输出：

    Listening Music  0
Playing ComputerGame  0
Chating in QQ  0
Listening Music  1
Playing ComputerGame  1
Chating in QQ  1
Listening Music  2
Playing ComputerGame  2
Chating in QQ  2

    2.3.2 实现Runnable接口（匿名内部类）

    代码：

    package mypackage4;
public class MainThread {
    public static void main(String[] args) {        
        new Thread(new Runnable() {         
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println("Listening Music  " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }           
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {         
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println("Chating in QQ  " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }               
            }
        }).start();     
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Playing ComputerGame  " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 这里Sleep() 让线程交互明显
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

    输出：

    Listening Music  0
Playing ComputerGame  0
Chating in QQ  0
Playing ComputerGame  1
Chating in QQ  1
Listening Music  1
Chating in QQ  2
Playing ComputerGame  2
Listening Music  2

    2.4 小结

    多线程在默认的Main线程中额外添加一个或多个线程对象并执行，提供了一种将单一线程程序中无法解决的并发问题完美解决的方案，在实际项目开发中应用广泛。多线程是Java语言的又一特色。

    三、线程同步

    多个线程访问同一资源，如我们来讨论一下“三人吃苹果”的例子。

    3.1 引子：三人吃苹果问题

    上一节我们说到，实现多线程常见的有两种方式，继承Threads和实现Runnable接口，这里我们两种方式都尝试一样，先看继承Threads类：

    3.1.1 继承Thread类：三人吃苹果问题

    代码：

    public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        new Apple().start();
        new Apple().start();
        new Apple().start();
    }
}
// 继承线程类 num 为每个Person对象的内部变量 不能共享
class Apple extends Thread {
    private int num = 5;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (num > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了编号为      " + (num--) + "   的苹果");
            }
        }
    }
}

    输出：

    Thread-1吃了编号为      5   的苹果
Thread-2吃了编号为      5   的苹果
Thread-0吃了编号为      5   的苹果
Thread-2吃了编号为      4   的苹果
Thread-1吃了编号为      4   的苹果
Thread-2吃了编号为      3   的苹果
Thread-2吃了编号为      2   的苹果
Thread-2吃了编号为      1   的苹果
Thread-0吃了编号为      4   的苹果
Thread-1吃了编号为      3   的苹果
Thread-1吃了编号为      2   的苹果
Thread-0吃了编号为      3   的苹果
Thread-1吃了编号为      1   的苹果
Thread-0吃了编号为      2   的苹果
Thread-0吃了编号为      1   的苹果

    小结：我们看到每个苹果被吃了三次，这是为什么呢？原来，我们在客户端新建三个独立的Apple类对象，每一个Apple都有一个私有的num变量，三个线程都在吃自己的苹果，然后num--。在这个过程中，苹果是独立的而不是共享的，这显然不是我们所需要的情况。
    让我们尝试使用实现Runnable接口完成这个“三人吃苹果”问题。

    3.1.2 实现Runnable接口：三人吃苹果问题

    代码：

    public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Apple apple=new Apple();  //虽然三个线程   但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple,"Thread-0").start();
        new Thread(apple,"Thread-1").start();
        new Thread(apple,"Thread-2").start();
    }
}
//实现Runnable接口   只是多线程方法  不是多线程类   所有    num变量可以让Person对象共享 
class Apple implements Runnable{
    private int num=5;  
    @Override
    public void run() {
       for (int i=0;i<5;i++){
           if (num>0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为      "+(num--)+"   的苹果");
        }
       }
    }
}

    输出：

    Thread-0吃了编号为      5   的苹果
Thread-1吃了编号为      4   的苹果
Thread-2吃了编号为      3   的苹果
Thread-0吃了编号为      2   的苹果
Thread-1吃了编号为      1   的苹果

    小结：乍看之下好像没有任何问题，
    从代码上来看，客户端仅新建一个Apple对象，然后将它的引用传递给三个线程对象，这样就实现了的三个线程类对苹果的共享；
    从输出结果上来看，被吃掉的苹果的序号为 5 4 3 2 1 ，如何的完美，而且是被三个线程Thread-0,Thread-1,Thread-2,“三人吃苹果”的故事似乎完结了。
    实则不然，这里只是因为num=5,数值太小，加上我们运气比较好，恰好获得了一次看上去完美的输出结果。程序再运行几次：

    Thread-0吃了编号为      3   的苹果
Thread-0吃了编号为      2   的苹果
Thread-0吃了编号为      1   的苹果
Thread-1吃了编号为      5   的苹果
Thread-2吃了编号为      4   的苹果

    咦，为什么最先吃掉了编号为3的苹果，其他苹果的顺序也变乱了，再运行一次：

    Thread-0吃了编号为      4   的苹果
Thread-0吃了编号为      3   的苹果
Thread-0吃了编号为      2   的苹果
Thread-1吃了编号为      5   的苹果
Thread-2吃了编号为      5   的苹果
Thread-0吃了编号为      1   的苹果

    这一次更糟糕了，不仅吃苹果的顺序变乱了，而且编号为5的苹果竟然被吃了两次
    其实我们还可以让程序更乱一些：加上Thread.sleep(毫秒数)

    注意：Java多线程的最常见的两种实现方式：继承Thread类和实现Runnable接口，其异同我们在这里看出来了

    image.png

    3.1.3 加上Thread.sleep(毫秒数)

    代码：

    public class Test {
    public static void main(String[] args) {         
        Apple apple=new Apple();  //虽然三个线程   但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple,"Thread-0").start();
        new Thread(apple,"Thread-1").start();
        new Thread(apple,"Thread-2").start();
    }
}
//实现Runnable接口   只是多线程方法  不是多线程类   所有    num变量可以让Person对象共享 
class Apple implements Runnable{
    private int num=5;  
    @Override
    public void run() {
       for (int i=0;i<5;i++){
           try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
           if (num>0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为      "+(num--)+"   的苹果");
        }
       }
    }
}

    喔喔喔，这次更是千奇百怪的答案，基本没有一次对的，为什么会这样呢？这样解决呢？
    解答：这个问题是因为多线程程序运行的随机性造成的，只要使用相应的互斥同步机制就好了。

    3.2 线程同步——三人吃苹果问题解决

    问题：
    对于三人吃苹果问题，我们通过实现Runnable接口，三人共享5个苹果，但是出现一个苹果吃多次的情况，这不满足的业务需求。其原因是因为每个人吃苹果不是一个原子操作：即System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为 "+(num--)+" 的苹果");可以拆分为两句，如下：
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为 "+(num)+" 的苹果");
    num--;
    这两句不是原子操作，可以被打断。

    解决：
    使用Java线程同步的方式解决，线程的同步机制有三种：同步代码块、同步方法和lock锁机制

    3.2.1 代码——同步代码块

    代码：

    //同步代码块/同步方法/lock机制
public class Test {
    public static void main(String[] args) {     
        Apple apple=new Apple();  //虽然三个线程   但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple,"Thread-0").start();
        new Thread(apple,"Thread-1").start();
        new Thread(apple,"Thread-2").start();
    }
}
//实现Runnable接口   只是多线程方法  不是多线程类   所有    num变量可以让Person对象共享 
class Apple implements Runnable{
    private int num=5;  
    @Override
    public void run() {
       for (int i=0;i<5;i++){          
           synchronized (this) {
               try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                   if (num>0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为      "+(num--)+"   的苹果");
                }
        }         
       }
    }
}

    输出：

    Thread-0吃了编号为      5   的苹果
Thread-0吃了编号为      4   的苹果
Thread-0吃了编号为      3   的苹果
Thread-0吃了编号为      2   的苹果
Thread-0吃了编号为      1   的苹果

    小结：即使多次运行，输出结果仍是这样有条不紊。这是为什么呢？
    原来我们在代码2中的出现的问题（打印的编号顺序错乱，同一苹果被吃掉两次）均是因为某一线程运行时System.out.prinln()和num--不能同时运行，中间有间断，这一间断中，其他线程又执行了System.out.prinln和num--,才出现各种错乱问题。
    特别是加入Thread.sleep()方法后，Thread.sleep System.out.prinln num-- 三者不能一起执行，各个出错只多不少。
    现在，因为我们程序中加入了synchronized关键字，这是线程同步的关键字，如代码4中，synchronized关键字后面的花括号将Thread.sleep(1000)和System.out.println(num--)包裹起来，意思就是将它们打包，放在一起作为原子操作，要么两个一起执行，要么都不执行，从根本上杜绝了Thread.sleep System.out.prinln num-- 一套操作被打断的可能，所以保证了多线程的安全。

    附：为什么synchronized后面有一个小括号，里面还有一个this呢？
    解答：这就是同步锁对象，是同步代码块得以成功实现线程同步的必要条件，因为在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着。
    注意1： 对于非static方法,同步锁就是this；对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(Apple.class).
    注意2：Java程序运行使用任何对象作为同步监听对象,但是一般的,我们把当前并发访问的共同资源作为同步监听对象.

    让我们再来看看其他两种方法：同步方法和同步代码块吧！

    3.2.2 代码——同步方法

    代码：

    public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple(); // 虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple, "Thread-0").start();
        new Thread(apple, "Thread-1").start();
        new Thread(apple, "Thread-2").start();
    }
}
// 实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable {
    private int num = 5;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            eat();
        }
    }
    private synchronized void eat() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        if (num > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了编号为      " + (num--) + "   的苹果");
        }
    }
}

    输出：

    Thread-0吃了编号为      5   的苹果
Thread-0吃了编号为      4   的苹果
Thread-0吃了编号为      3   的苹果
Thread-0吃了编号为      2   的苹果
Thread-0吃了编号为      1   的苹果

    小结：当我们把synchronized关键字放在方法名上，同样达到了我们多线程安全的效果。

    注意1：synchronized范围越大，效率越低
    注意2：synchronized 范围内的操作的原子性只对其他synchronized方法或块有用，对非synchronized方法或块没有用；即synchronized只是保证其他synchronized方法不打断当前synchronized操作，不保证其他非synchronized方法或块不打断当前synchronized操作。其实，读者担心synchronized被非synchronized打断是不是一种风险，其实不用担心，因为既然它是非synchronized,就是说明它访问变量和当前的synchronized访问的变量在业务逻辑上基本没有关系，打断就打断呗，如果业务上有逻辑关系，影响到业务了，就给非synchronized方法或块加上synchronized，就防止打断了，就是这么简单！

    3.2.3 代码——lock锁机制

    代码：

    import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple(); // 虽然三个线程 但是使用同一个apple引用
        new Thread(apple, "Thread-0").start();
        new Thread(apple, "Thread-1").start();
        new Thread(apple, "Thread-2").start();
    }
}
// 实现Runnable接口 只是多线程方法 不是多线程类 所有 num变量可以让Person对象共享
class Apple implements Runnable {
    private int num = 5;
    private  final Lock _lock=new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
       for (int i=0;i<5;i++){
           _lock.lock();
           try {
            Thread.sleep(1000);
            if (num>0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了编号为      "+(num--)+"   的苹果");
            } 
           }catch (InterruptedException e) {
            
            e.printStackTrace();
        }finally {
            _lock.unlock();
        }
    }
}
}

    输出：

    Thread-0吃了编号为      5   的苹果
Thread-0吃了编号为      4   的苹果
Thread-0吃了编号为      3   的苹果
Thread-0吃了编号为      2   的苹果
Thread-0吃了编号为      1   的苹果

    小结：使用lock机制和使用synchronized关键字达到了相同的效果，它们的原理是一样的吗？其实不是，具体的关于synchronized和lock的底层实现，笔者在其他博客中再去阐述。

    3.3 小结

    截至现在，我们搞懂了“三人吃苹果”问题中，三个线程访问同一资源类对象，修改其内部num变量，注意两点：
    1、资源对象实现Runnable接口而不是继承Thread，因为继承Thread类新建的对象不好引用；
    2、要使用相应的同步机制（同步代码块、同步方法、lock锁机制）保证线程安全，正确执行。

    四、线程同步+线程通信应用之一：生产者-消费者问题

    上一节，我们说到，“三人吃苹果”实际上是三个线程都在消费Apple类中num属性，每消费一次，num--。
    本文中加上生产者，生产线程Producer生产苹果Apple，消费线程Consumer消费苹果Apple。

    4.1 实现线程通信的两种方式

    4.1.1 实现方式一：生产者将生产的产品直接交给消费者消费

    实现方式一代码：

    //生产者
class  Producer{
     private  Consumer  con;//消费者对象
}
//消费者
class  Consumer{
     private  Producer  pro;//消费者对象
}

    该代码使用双向注入，将消费者引用注入

    4.1.2 实现方式二：单独设置一个共享资源类，生产者类生产的产品放入共享资源中，消费者类从共享资源中取出消费

    代码：

    package mypackage;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    public void push(String name, String gender) {
        this.name = name;
        try {
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        this.gender = gender;
    }
    public void pop() {
        System.out.print(this.name + " - ");
        try {
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.gender);
    }
}

    输出：

    春哥哥 - null
凤姐 - 男
凤姐 - 男
凤姐 - 男
春哥哥 - 女

    问题（1）：性别紊乱问题？
    解决（1）：这是因为打印的时候没有原子性操作，可以使用synchronized或lock机制解决
    问题（2）：“春哥哥 - 男” “凤姐 - 女” 没有按照 0==i%2 循环交替出现？
    解决（2）：没有实现合理的线程通信，可以使用 wait()-notifyAll() 或者 await()-signalAll() 解决

    4.2 生产者-消费者问题：synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()

    4.2.1 使用synchronized实现线程同步

    代码：

    package mypackage_synchronized实现线程同步;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    public synchronized void push(String name, String gender) {
        this.name = name;
        try {
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        this.gender = gender;
    }
    public synchronized void pop() {
        System.out.print(this.name + " - ");
        try {
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.gender);
    }
}

    输出：

    春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男

    小结：不会再出现性别紊乱问题，因为push()和pop()已经实现原子操作，但是还是没有实现0==i%2 交替打印，且看4.2.3。

    4.2.3 synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信

    代码：

    package mypackage_synchronized_wait_notify;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    private boolean isEmpty = true;// 初始的时候资源池为空
    public synchronized void push(String name, String gender) {
        try {
            while (!isEmpty) { // 资源池非空状态下 push要一直等待
                wait();
            }
            this.name = name;
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            this.gender = gender;
            isEmpty = false; // 资源池不为空了，修改标志位的值
            notifyAll(); // notify()唤醒一个，notifyAll()唤醒所有，本程序中只有一个生产者和消费者对象，所以notify()和notifyAll()是一样的
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public synchronized void pop() {
        try {
            while (isEmpty) { // 当资源池为空时，pop()方法一直等待
                wait();
            }
            System.out.print(this.name + " - ");
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            System.out.println(this.gender);
            isEmpty = true; // 资源被消费掉，资源池为空，重新设置标志位
            notifyAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

    输出：

    春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男

    小结：synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信，解决好了生产者与消费者问题。我们可以尝试使用lock+标志位+await()+signalAll() 再实现一次，即更换一种方式实现生产者消费者问题，且看4.3.1 和4.3.2 。

    4.3 生产者-消费者问题：lock+标志位+await()+signal()/signalAll()

    4.3.1 使用lock实现线程同步

    代码：

    package mypackage_lock机制实现线程同步;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    public void push(String name, String gender) {
        lock.lock();
        try {
            this.name = name;
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            this.gender = gender;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void pop() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.print(this.name + " - ");
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            System.out.println(this.gender);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

    输出：

    春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男
春哥哥 - 男

    小结：不会再出现性别紊乱问题，因为push()和pop()已经实现原子操作，但是还是没有实现0==i%2 交替打印，且看4.3.2 。

    4.3.2 lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信

    代码：

    package mypackage_lock_await_signal;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResources shareResources = new ShareResources();
        new Thread(new Producer(shareResources)).start();
        new Thread(new Consumer(shareResources)).start();
    }
}
class Producer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Producer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                shareResources.push("春哥哥", "男");
            } else {
                shareResources.push("凤姐", "女");
            }
        }
    }
}
class Consumer implements Runnable {
    private ShareResources shareResources = null;
    public Consumer(ShareResources shareResources) {
        this.shareResources = shareResources;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            shareResources.pop();
        }
    }
}
class ShareResources {
    private String name;
    private String gender;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    private boolean isEmpty = true;// 初始的时候资源池为空
    public void push(String name, String gender) {
        lock.lock();
        try {
            while (!isEmpty) { // 资源池非空状态下 push要一直等待
                condition.await();
            }
            this.name = name;
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            this.gender = gender;
            isEmpty = false; // 资源池不为空了，修改标志位的值
            condition.signalAll(); // notify()唤醒一个，notifyAll()唤醒所有，本程序中只有一个生产者和消费者对象，所以notify()和notifyAll()是一样的
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void pop() {
        lock.lock();
        try {
            while (isEmpty) { // 当资源池为空时，pop()方法一直等待
                condition.await();
            }
            System.out.print(this.name + " - ");
            Thread.sleep(10); // 使线程不安全的问题的暴露的更加明显
            System.out.println(this.gender);
            isEmpty = true; // 资源被消费掉，资源池为空，重新设置标志位
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }
}

    输出：

    春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男
凤姐 - 女
春哥哥 - 男

    小结：lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信，解决好了生产者与消费者问题

    附： 其实我们只要用标志位（如上boolean isEmpty）控制，就可以控制线程的通信了，为什么还要加上wait()-notify()/notifyAll()或者lock+await()+signal()/signalAll()这样的东西呢？
    代码a:
    while (!isEmpty) { wait(); }
    代码b:
    while (!isEmpty);
    从逻辑上讲，代码a和代码b是一样的，都是在等待isEmpty=true，才能跳出循环，区别在于代码a执行了wait()/condition.await()函数，这个函数使当前线程处于waiting()等待状态，JVM把当前线程存在对象等待池中，不占用cpu,不消耗系统资源；如果向代码b，当前线程处于running运行状态，占用Cpu，消耗系统资源。因为代码b使线程无论运行还是等待都处于running运行状态，过多的消耗系统资源，不利于程序执行；故我们的程序都写成的代码a的形式，线程通信中线程等待时，处于waiting状态，当然后果是要加上配套的notify()/notifyAll()或者condition.signal()/condition.signalAll()方法。

    4.4 生产者-消费者问题：小结

    从“生产者消费者问题”中，我们同时学习到线程同步和线程通信的知识，我们来总结一下，处理方式有两种，如下表：

    线程同步 线程通信
    作用/用途 保证原子性操作 保证线程间执行顺序
    组合：synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll() synchronized 标志位+wait()+notify()/notifyAll()
    组合：lock+标志位+await()+signal()/signalAll() lock机制 标志位+await()+signal()/signalAll()

    五、线程同步+线程通信应用之二：打蜡抛光问题

    延续上一篇文章的生产者-消费者问题，为了让读者更好的理解“线程同步+线程通信”，本节再给出一个类似的线程同步+线程通信问题——打蜡抛光问题。

    需求：汽车有“轿车”和“SUV”两种，都是“打蜡-抛光”反复操作，且看代码。

    5.1 引子：打蜡抛光问题

    代码——打蜡抛光问题：

    package mypackage;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    public void waxed(String name) { // 打蜡函数
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax On");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void buffed(String name) { // 抛光函数
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax Off");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

    输出：

    小轿车 - 小轿车 - Wax Off
Wax On
SUV - SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
Wax On
SUV - SUV - Wax Off
Wax On
小轿车 - 小轿车 - Wax Off
Wax On

    小结：出现两个问题，既没有实现 车型和 Wax 的对齐打印，也没有实现 0==i%2 的WaxOn和WaxOff交替打印，既没有实现线程同步，也没有实现线程通信，我们使用synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll() 和 lock+标志位+await()+signal()/signalAll() 组合来解决这个问题，且看 5.2 5.3。

    5.2 打蜡抛光问题：synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()

    5.2.1 synchronized实现线程同步

    代码：

    package mypackage_synchronized;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    public synchronized void waxed(String name) { // 打蜡函数
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax On");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public synchronized void buffed(String name) { // 抛光函数
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax Off");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

    输出：

    小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off

    小结：synchronized实现线程同步，原子性打印，所以 车型 和 Wax 对齐打印实现了，但是没有实现 线程通信，WaxOn和WaxOff交替打印，且看5.2.2 。

    5.2.2 synchronize+标志位+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信

    代码：

    package mypackage_synchronized_wait_notify;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    private boolean waxOn = false;// 初始为未打蜡 线程通信控制变量
    public synchronized void waxed(String name) { // 打蜡函数
        try {
            while (waxOn == true) // 当未抛光的时候 ,不断等待，直到抛光完成，结束等待，退出函数
                wait();
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax On");
            waxOn = true;
            notifyAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public synchronized void buffed(String name) { // 抛光函数
        try {
            while (waxOn == false) // 当未打蜡的时候 ,不断等待，直到打蜡完成，结束等待，退出函数
            wait();
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax Off");
            waxOn = false;
            notifyAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

    输出：

    小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off

    小结：synchronize+wait()+notifyAll() 实现线程同步与线程通信，解决好了“汽车打蜡抛光”问题。我们可以尝试使用lock+await()+signalAll() 再实现一次，即更换一种方式实现“汽车打蜡抛光”问题，且看5.3.1 5.3.2。

    5.3 打蜡抛光问题：lock+标志位+await()+signal()/signalAll()

    5.3.1 使用lock实现线程同步

    代码：

    package mypackage_lock;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    public void waxed(String name) { // 打蜡函数
        lock.lock();
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax On");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void buffed(String name) { // 抛光函数
        lock.lock();
        try {
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax Off");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

    输出：

    小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
SUV - Wax On
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax Off

    小结：不会再出现车型---Wax对齐不上问题，因为waxed()和buffed()已经实现原子操作，但是还是没有实现0==i%2 交替打印，且看5.3.2 。

    5.3.2 lock+标志位+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信

    代码：

    package mypackage_lock_await_signal;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new WaxOn(car)).start();
        new Thread(new WaxOff(car)).start();
    }
}
// 共享资源类
class Car {
    private boolean waxOn = false;// 初始为未打蜡 线程通信控制变量
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    public void waxed(String name) { // 打蜡函数
        lock.lock();
        try {
            while (waxOn == true) // 当未抛光的时候 ,不断等待，直到抛光完成，结束等待，退出函数
                condition.await();
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax On");
            waxOn = true;
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void buffed(String name) { // 抛光函数
        lock.lock();
        try {
            while (waxOn == false) // 当未打蜡的时候 ,不断等待，直到打蜡完成，结束等待，退出函数
                condition.await();
            System.out.print(name + " - ");
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("Wax Off");
            waxOn = false;
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
// 打蜡类 生产者类
class WaxOn implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOn(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.waxed("小轿车");
            } else {
                car.waxed("SUV");
            }
        }
    }
}
// 抛光类 消费者类
class WaxOff implements Runnable {
    private Car car;
    public WaxOff(Car car) {
        this.car = car;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (0 == i % 2) {
                car.buffed("小轿车");
            } else {
                car.buffed("SUV");
            }
        }
    }
}

    输出5：

    小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off
SUV - Wax On
SUV - Wax Off
小轿车 - Wax On
小轿车 - Wax Off

    小结：lock+await()+signalAll() 实现线程同步与线程通信，解决好了“汽车打蜡抛光”问题

    5.4 打蜡抛光问题：小结

    本文的“打蜡抛光”问题和“生产者--消费者”问题非常相似，或者可以说是同一问题，即使用synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()或者lock+标志位+await()+signal()/signalAll()，实现线程同步+线程通信。

    六、线程同步+线程通信应用之三：哲学家就餐问题

    6.1 从死锁问题到哲学家就餐问题

    6.1.1 死锁问题

    （1）死锁定义：死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

    （2）死锁问题的四个条件：

    互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
    不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
    请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
    循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。
    注意：这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立。

    Java语言中，因为Java在设计时，JVM不检测也不试图避免这种情况,所以死锁无法在语言层上得到根本性解决,只能由程序员每次写程序时注意避免。

    6.1.2 死锁经典问题——哲学家进餐问题

    下面开始介绍死锁的经典问题——哲学家进餐问题：

    有五个哲学家，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐，哲学家们共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五支筷子，平时哲学家进行思考，饥饿时便试图取其左、右最靠近他的筷子，只有在他拿到两支筷子时才能进餐，该哲学家进餐完毕后，放下左右两只筷子又继续思考。


    image.png

    约束条件：

    (1)只有拿到两只筷子时，哲学家才能吃饭。

    (2)如果筷子已被别人拿走，则必须等别人吃完之后才能拿到筷子。

    (3)任一哲学家在自己未拿到两只筷子吃完饭前，不会放下手中已经拿到的筷子

    解决方法：

    哲学家进餐问题特点：每个哲学既是消费者（拿起左右两只筷子） 又是生产者（放下左右两只筷子） （这就是哲学家就餐问题与之前的生产者-消费者问题不同之处）
    只要使用synchronized 或者lock 将 "拿起左右两只筷子"和“放下左右两只筷子” 封装为原子操作，再使用 wait()--notifyAll() 或者 await()--signalAll() 实现哲学家之间（生产者消费者之间）的通信，整个问题就解决。
    两种方式： synchronized+wait()+notifyAll() 和 lock+await()+signalAll()

    本文给出两种哲学家进餐问题的解决方案，且看6.2 6.3。

    6.2 哲学家就餐问题：synchronized+标志位+wait()+notify()/notifyAll()

    代码——synchronize+wait()+notifyAll() 实现哲学家就餐问题：

    package mypackage_synchronized_wati_notify;
//哲学家就餐问题  解决  每个哲学既是消费者（拿起左右两只筷子）  又是消费者（放下左右两只筷子）   
//只要使用synchronized 或者lock   将 "拿起左右两只筷子"和“放下左右两只筷子” 封装为原子操作
//再使用 wait()--notifyAll() 或者  await()--signalAll()   实现哲学家之间（生产者消费者之间）的通信   整个问题就解决了
//所有两种方式   synchronized+wait()+notifyAll()   和   lock+await()+signalAll()
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Chopsticks fork = new Chopsticks();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
    }
}
class Philosopher implements Runnable { // 既是生产者又是消费者
    private Chopsticks _chopsticks;
    public Philosopher(Chopsticks _chopsticks) {
        this._chopsticks = _chopsticks;
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            thinking();
            // eating 是关键代码 eating之前要锁住筷子 eating之后释放筷子
            {
                _chopsticks.lockChopSticks();
                eating();
                _chopsticks.unlockChopSticks();
            }
        }
    }
    public void eating() {
        System.out.println("Number : " + Thread.currentThread().getName() + " Eating!");
        try {
            Thread.sleep(1000);// 模拟吃饭，占用一段时间资源
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void thinking() {
        System.out.println("Number : " + Thread.currentThread().getName() + " Thinking!");
        try {
            Thread.sleep(1000);// 模拟思考
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class Chopsticks {
    private boolean[] _islock = { false, false, false, false, false, false };// 一共五个筷子，使用时被锁住，默认都是没有被锁住的
    public synchronized void lockChopSticks() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        int i = Integer.parseInt(name.substring(name.length() - 1, name.length()));// i用于数组
        while (_islock[i] || _islock[(i + 1) % 5]) {
            try {
                wait();// 如果左右手有一只正被使用，等待
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        _islock[i] = true;
        _islock[(i + 1) % 5] = true;
    }
    public synchronized void unlockChopSticks() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        int i = Integer.parseInt(name.substring(name.length() - 1, name.length()));// i用于数组
        _islock[i] = false;
        _islock[(i + 1) % 5] = false;
        notifyAll();// 唤醒其他线程
    }
}

    输出：

    Number : Thread-1 Thinking!
Number : Thread-2 Thinking!
Number : Thread-3 Thinking!
Number : Thread-0 Thinking!
Number : Thread-4 Thinking!
Number : Thread-0 Eating!
Number : Thread-2 Eating!
Number : Thread-0 Thinking!
Number : Thread-3 Eating!
Number : Thread-1 Eating!
Number : Thread-2 Thinking!
Number : Thread-1 Thinking!
Number : Thread-2 Eating!
Number : Thread-3 Thinking!
Number : Thread-0 Eating!

    小结：synchronize+标志位数组+wait()+notifyAll() 实现线程同步和线程通信，完美的解决了哲学家进餐问题，下面我们再尝试使用lock+await()+signalAll() 实现哲学家进餐问题，且看代码6.3 。

    6.3 哲学家进餐问题：lock+标志位+await()+signal()/signalAll()

    代码——lock+await()+signalAll() 实现哲学家就餐问题：

    package mypackage_lock_await_signal;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//哲学家就餐问题  解决  每个哲学既是消费者（拿起左右两只筷子）  又是消费者（放下左右两只筷子）   
//只要使用synchronized 或者lock   将 "拿起左右两只筷子"和“放下左右两只筷子” 封装为原子操作
//再使用 wait()--notifyAll() 或者  await()--signalAll()   实现哲学家之间（生产者消费者之间）的通信   整个问题就解决了
//所有两种方式   synchronized+wait()+notifyAll()   和   lock+await()+signalAll()
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Chopsticks fork = new Chopsticks();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
        new Thread(new Philosopher(fork)).start();
    }
}
class Philosopher implements Runnable { // 既是生产者又是消费者
    private Chopsticks _chopsticks;
    public Philosopher(Chopsticks _chopsticks) {
        this._chopsticks = _chopsticks;
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            thinking();
            // eating 是关键代码 eating之前要锁住筷子 eating之后释放筷子
            {
                _chopsticks.lockChopSticks();
                eating();
                _chopsticks.unlockChopSticks();
            }
        }
    }
    public void eating() {
        System.out.println("Number : " + Thread.currentThread().getName() + " Eating!");
        try {
            Thread.sleep(1000);// 模拟吃饭，占用一段时间资源
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void thinking() {
        System.out.println("Number : " + Thread.currentThread().getName() + " Thinking!");
        try {
            Thread.sleep(1000);// 模拟思考
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class Chopsticks {
    private final Lock lock=new ReentrantLock();
    private Condition condition=lock.newCondition();
    private boolean[] _islock = { false, false, false, false, false };// 一共五个筷子，使用时被锁住，默认都是没有被锁住的
    public  void lockChopSticks() {
        lock.lock();
        String name = Thread.currentThread().getName();
        int i = Integer.parseInt(name.substring(name.length() - 1, name.length()));// i用于数组                                                                     
        while (_islock[i] || _islock[(i + 1) % 5]) {
            try {
                condition.await();// 如果左右手有一只正被使用，等待
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        _islock[i] = true;
        _islock[(i + 1) % 5] = true;    
        lock.unlock();
    }
    public  void unlockChopSticks() {
        lock.lock();
        String name = Thread.currentThread().getName();
        int i = Integer.parseInt(name.substring(name.length() - 1, name.length()));// i用于数组
        _islock[i] = false;
        _islock[(i + 1) % 5] = false;
        condition.signalAll();
        lock.unlock();
    }
}

    输出：

    Number : Thread-1 Thinking!
Number : Thread-4 Thinking!
Number : Thread-2 Thinking!
Number : Thread-3 Thinking!
Number : Thread-0 Thinking!
Number : Thread-2 Eating!
Number : Thread-4 Eating!
Number : Thread-4 Thinking!
Number : Thread-2 Thinking!
Number : Thread-1 Eating!
Number : Thread-3 Eating!
Number : Thread-3 Thinking!
Number : Thread-2 Eating!
Number : Thread-1 Thinking!
Number : Thread-0 Eating!

    小结：同样地，使用lock+标志位数组+await()+signalAll() 实现线程同步和线程通信，也可以完美的解决了哲学家进餐问题。

    6.4 哲学家就餐问题：小结

    哲学家就餐问题之小结：
    每个哲学既是消费者（拿起左右两只筷子），又是生产者（放下左右两只筷子）；
    第一，只要使用synchronized 或者lock ， 将 "拿起左右两只筷子"和“放下左右两只筷子” 封装为原子操作；
    第二，再使用 wait()--notifyAll() 或者 await()--signalAll() ，实现哲学家之间（生产者消费者之间）的通信， 整个问题就解决了。

    七、小结

    本文介绍Java多线程技术，分为五个部分：
    多线程的两种实现方式——继承Thread类和实现Runnable接口；
    线程同步应用：三人吃苹果；
    线程同步+线程通信应用之一：生产者-消费者问题；
    线程同步+线程通信应用之二：打蜡抛光问题；
    线程同步+线程通信之用之三：哲学家就餐问题。
    可以帮助初学者的Java多线程入门。
    天天大码，天天进步！

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        本文标题：【Java并发002】使用层面：线程同步与线程通信全解析

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